일본산업뉴스요약

철기반 초전도체의 대전 유지 기술
세이케이 대학, 재료에 상전도 미립자를 분산

세이케이(成蹊) 대학의 미우라(三浦) 교수팀은 철기반 초전도체 재료의 일종을 개량해, 전류를 장시간 유지할 수 있는 기능을 개발했다. 이것은 기존 재료보다 냉각 온도가 약 10도 높은 것으로, 이를 통해 병 검진에 사용되는 MRI(자가 공명 영상)에서 액체헬륨 대신 전기식 냉동기로 냉각할 수 있는 길이 열리게 되었다. 향후, MRI 등 고자기장 자석으로의 응용을 목표로 하고 있다.

-- MRI 냉각용 헬륨 필요 없어져 --
개발된 기술은 초전도체 재료 안에 초전도체가 되지 않는 상전도(常電導) 미립자를 분산시키는 것이다. 이때 미립자는 초전도 상태를 무너뜨리려 하는 자기장의 침입을 막아주는 역할을 한다. 전류는 자기장으로 인해 서서히 감소되지만, 자기장 침입에 대한 저항력이 강할수록 보다 장시간 전류가 유지될 수 있게 된다. 개발된 재료는 MRI에 사용되는 니오브 티탄 합금만큼 전류 감소가 적었다.

초전도체 재료로는 철∙바륨∙비소∙인 화합물을 선택했다. 섭씨 영하 260도에서 1테슬라(테슬라는 자기장의 강도)의 자기장을 조성할 경우, 단면적 1평방cm 당 최대 50만 암페어의 전류가 흐르고, 이 전류는 24시간 경과 후 약 12% 감소된다.

이번 개발에서는 초전도체 재료 안에 직경 약 8나노미터(μm)의 산화바륨∙지르코늄 미립자를 1평방cm 당 약 7경(京)개 분산시켰다. 그 결과, 처음에 단면적 당 300만 암페어 규모였던 전류가 24시간 후에도 약 5%밖에 감소되지 않았다. 이 수치는 영하 269도에서 사용되는 MRI용 니오브 티탄 합금으로 만드는 전자석의 감소에 필적한다.

한편, 니오브 티탄 합금은 1테슬라 자기장 안에서 단면적 당 100만 암페어까지밖에 전류가 흐르지 못한다. 개발된 초전도체 재료는 300만 암페어까지 전기가 흐를 수 있기 때문에 같은 단면적의 선재(線材)를 통해 전자석을 만든다면 3배의 자력을 낼 수 있다. 단면적을 3분의 1로 줄여도 100만 암페어의 전류가 흐를 수 있기 때문에 MRI용 코일을 경량화할 수 있다.

MRI에 도입되는 고자기장 자석 등 저온기기는 영하 269도의 액체 헬륨으로 냉각된다. 그 원료인 기체 헬륨은 천연 가스에 많이 포함되어 있다 그러나 최근 연료에 헬륨을 거의 포함하고 있지 않은 셀 가스의 이용이 활발해지고 있어, 헬륨 부족은 국제적 문제로 대두되고 있다.

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